美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)國防科學(xué)辦公室(DSO)近日發(fā)布了一項(xiàng)名為“核能系統(tǒng)高功率直接能量轉(zhuǎn)換”的信息請(qǐng)求(RFI)，旨在探索將核能(包括裂變和聚變)及放射性同位素衰變產(chǎn)生的輻射直接轉(zhuǎn)化為電能的新技術(shù)。這一創(chuàng)新舉措有望徹底改變現(xiàn)有的核能發(fā)電模式，提高能量轉(zhuǎn)換效率，并減少傳統(tǒng)熱傳遞過程中的能量損失。

核能能量密度優(yōu)勢顯著，但轉(zhuǎn)換方式待優(yōu)化

核能以其極高的能量密度在熱力發(fā)電領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢，然而，當(dāng)前核能發(fā)電主要依賴蒸汽輪機(jī)，通過熱傳遞間接轉(zhuǎn)換能量，過程中存在大量能量流失。DARPA此次RFI提出，如果核能發(fā)電能夠擺脫對(duì)蒸汽輪機(jī)的依賴，實(shí)現(xiàn)輻射直接轉(zhuǎn)化為電能，將極大提升能量轉(zhuǎn)換效率。

輻射管理新視角：從問題到資源

傳統(tǒng)上，反應(yīng)堆輻射被視為需要嚴(yán)格管理的問題，但DARPA的RFI提出了一個(gè)大膽設(shè)想：如果輻射不再僅僅是需要管理的對(duì)象，而是可以直接轉(zhuǎn)化為能源的寶貴資源，那么核能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用將開啟全新篇章。通過無線電伏打技術(shù)，中子、伽馬等輻射可直接激發(fā)半導(dǎo)體中的電子空穴對(duì)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。

能量轉(zhuǎn)換技術(shù)擴(kuò)展至微型電池至電網(wǎng)全領(lǐng)域

DARPA還希望探索能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的廣泛適用性，從微型電池到大型電網(wǎng)，都能實(shí)現(xiàn)核能系統(tǒng)的直接能量轉(zhuǎn)換。這一愿景的實(shí)現(xiàn)將依賴于高效、耐用的無線電伏打電池的開發(fā)，這些電池能夠根據(jù)不同電力需求進(jìn)行靈活配置，從納瓦級(jí)到千瓦級(jí)，甚至更高功率的應(yīng)用場景。

光伏技術(shù)進(jìn)步助力核能轉(zhuǎn)換

近年來，光伏電池的輻射耐受性和效率顯著提升，為無線電伏打技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。DARPA項(xiàng)目經(jīng)理塔比莎·多德森表示，光伏技術(shù)的進(jìn)步表明，無線電光伏電池有可能擴(kuò)大為可用于核反應(yīng)堆的陣列，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的能量轉(zhuǎn)換。

挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

盡管前景廣闊，但無線電伏打技術(shù)仍面臨效率提升和材料壽命延長等挑戰(zhàn)。DARPA希望通過此次RFI，吸引全球范圍內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)參與，共同探索解決這些難題的新方法。多德森強(qiáng)調(diào)，如果能夠開發(fā)出滿足高功率、長時(shí)間應(yīng)用需求的無線電伏打電池，它們將有望與各種規(guī)模的核反應(yīng)堆甚至核放射性同位素發(fā)電系統(tǒng)配對(duì)，推動(dòng)核能技術(shù)的全面革新。